В статье приведены результаты исследований по замене части редиспергируемого полимерного порошка в составе плиточных клеев минеральной добавкой МетаМикс и волокнистым наполнителем – полипропиленовым волокном, что позволяет снизить себестоимость рецептур. В зависимости от требуемых условий эксплуатации для получения клеевых смесей классов С0, С1 и S1 следует варьировать соотношение между редиспергируемым полимерным порошком, волокнистым наполнителем и минеральной добавкой МетаМикс.

УДК 666.967

А.С. МАНУШИНА, магистрант, А.В. УРБАНОВ, студент, А.М. АХМЕТЖАНОВ, студент, М.С. ЗЫРЯНОВ, студент, Е.Н. ПОТАПОВА, доктор техн. наук, профессор, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, С.А. ЗАХАРОВ, главный технолог ООО «МетаРус»

Ключевые слова: плиточный клей, редиспергируемый полимерный порошок, модифицированный метакаолин, полипропиленовое волокно
Keywords: tile adhesive, redispersion polymer powder, modified metakaolin, polypropylene fibre

Чтобы закрепить плитку на плоской поверхности, будь это потолок, стена или пол, нужно прибегнуть к плиточному клею с определенными свойствами. Не так давно строители использовали только цементно-песчаный раствор. При этом срок службы облицованной поверхности был недолог. Однако за последние годы на рынке появилось огромное количество составов, различающихся по своим свойствам. Набор компонентов от смеси к смеси не идентичен и, как правило, держится производителем в секрете. Однако если говорить в общем, то основные компоненты клеевых смесей во всех клеях одинаковы и выполняют одни и те же задачи.

Так, цемент – главный вяжущий компонент. Он обеспечивает сцепление плитки с основанием. Песок играет роль наполнителя, придает раствору прочность и снижает его удельный вес, тем самым уменьшая нагрузку на основание и конструкцию в целом. Применяемые модифицирующие добавки, несмотря на свою скромную составляющую (несколько процентов от общего объема смеси), имеют огромное влияние на свойства и характеристики смеси. Благодаря им производителю удается добиться тех или иных качественных показателей смеси. Минус – один, но существенный: модифицирующие добавки значительно увеличивают себестоимость клеевых составов [1-4].

Рецептуры стандартного (базового) и эластичного клеев обязательно содержат дорогостоящие редиспергируемые полимерные порошки (РПП). В данной статье приведены результаты исследований по замене части РПП в составе плиточных клеев для тяжелых каменных плит с повышенной стойкостью к высолообразованию минеральной добавкой МетаМикс и волокнистым наполнителем – полипропиленовым волокном.

В качестве основных компонентов для данных плиточных клеев использовали: портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н, Holcim, г. Коломна; известняковую муку – минеральный порошок МП-1, 100 мкм; кварцевый песок Раменского месторождения (фракция 0,1-0,5 мм) и эфир целлюлозы Mecellose FMC 23701. В разных составах в качестве добавок применяли редиспергируемый полимерный порошок Vinnapas 5010 N, модифицированный метакаолин МетаМикс Антивысол, гидрофобизатор на кремниевой основе Silres D power и полипропиленовое волокно (ППВ) ОАО «Институт пластмасс им. Г.С. Пирогова» (l=5 мм, d=10 мкм) (табл. 1).

Таблица 1. Рецептуры клеевых составов

Компоненты	Содержание компонентов для составов, %
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н	35,0	35,0	35,0	35,0	35,0	35,0	35,0	35,0	35,0	35,0
Минеральный порошок, 100 мкм	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	8,0	8,0	8,0	8,0
Песок кварцевый, фракция 0,1-0,5 мм	61,55	60,05	59,55	59,09	59,55	60,25	54,55	54,65	55,65	54,15
Vinnapas 5010 N	—	1,5	—	1,0	0,5	1,0	2,0	2,0	1,0	1,0
МетаМикс Антивысол	—	—	2,0	1,5	1,5	—	—	—	—	1,5
Silres D	—	—	—	—	—	0,3	—	—	—	—
ППВ	—	—	—	—	—	—	—	0,1	0,1	0,1
Mecellose FMC 23701	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25

На первом этапе изучали совместное влияние редиспергируемого полимерного порошка и минеральной добавки МетаМикс Антивысол на свойства плиточных клеев. Состав 1 не содержал редиспергируемого полимерного порошка. В состав 2 вводили 1,5% РПП; в состав 3 – 2% модифицированного метакаолина; составы 4 и 5 содержали одновременно РПП и МетаМикс при разном соотношении компонентов; в состав 6 было введено 1% РПП и 0,3% гидрофобизирующей добавки Silres D.

Таблица 2. Свойства клеевых составов 1-6

Свойства	Ед. изм.	Составы
		1	2	3	4	5	6
Насыпная плотность	кг/м3	1464	1438	1424	1417	1425	1444
Плотность готового раствора	кг/м3	1580	1552	1553	1461	1503	1465
Водопотребность	г/кг	220	220	225	230	230	230
Открытое время, 5 мин.	%	95	95	90	95	95	95
Открытое время, 10 мин.	%	90	95	85	85	80	85
Открытое время, 15 мин	%	75	90	85	80	70	80
Открытое время, 20 мин.	%	45	45	45	40	40	55
Адгезия к бетону, возд.-влаж. среда, 7 сут.	МПа	0,49	1,22	0,99	0,96	1,03	1,17
Адгезия к бетону, возд.-влаж. среда, 28 сут.	МПа	0,42	1,17	0,64	1,01	1,04	1,2
Адгезия к бетону, открытое время 5 мин. через адгезию, 7 сут.	МПа	0,6	1,16	0,61	0,73	0,93	0,79
Адгезия к бетону, открытое время 20 мин. через адгезию, 7 сут.	МПа	0,29	0,23	0,05	0,21	0,24	0,14
Устойчивость к сползанию	г	600	600	600	600	600	400

Для всех клеевых составов определена плотность растворов (при расплыве конуса 106-108 мм), открытое время, прочность составов при изгибе и сжатии, прочность сцепления (при отрыве) с поверхностью основания, устойчивость к сползанию. Полученные результаты представлены в табл. 2 и на рис. 1, 2.

Анализ полученных результатов показывает, что введение редиспергируемого полимерного порошка практически не изменяет свойств растворной смеси, но существенно изменяет свойства затвердевших растворов клеевых смесей. Происходит увеличение открытого времени (максимального периода времени после нанесения на поверхность слоя растворной смеси заданной прочности сцепления с основанием, в течение которого на нанесенную растворную смесь допускается укладывать плитку) и резко возрастает прочность сцепления (адгезия) к поверхности бетона. Следует отметить, что во всех испытаниях по определению адгезии к поверхности основания наблюдалось когезионное разрушение внутри слоя клеевого раствора по типу CF-A (при таком разрушении прочность клеевого раствора больше прочности, полученной при испытании [5]).

Адгезию образцов к основанию оценивали по прочности сцепления (при отрыве) образцов, твердевших в различных условиях. Клеевой раствор наносили на 3 бетонные плиты, а затем на него прикладывались плитки. Первую плиту выдерживали 27 сут. в воздушно-влажной среде (нормальном климате). Вторую плиту через 7 сут. нахождения в нормальном климате помещали в воду на 20 сут. Третью плиту выдерживали 14 сут. в нормальном климате, затем помещали в сушильный шкаф, где она хранилась еще 14 сут. при температуре +70°С. Затем к плиткам приклеивали металлические пластины и спустя еще 24 часа с помощью разрывной машины определяли прочность сцепления при отрыве. Параллельно было определено открытое время.

Прочность клеевого соединения после выдерживания в воздушно-влажной среде 7 сут. составляет 0,49 МПа (состав 1), а в присутствии 1,5% РПП (состав 2) адгезия составляет 1,22 МПа. Введение МетаМикса (состав 3) и МетаМикса совместно с РПП (составы 4 и 5) также ведет к повышению значений адгезии до 0,96-1,03 МПа. При этом следует отметить, что состав 5, в котором содержится только 0,5% РПП, практически не отличается по свойствам от состава 4, с 1% редиспергируемого порошка. К 28 сут. твердения значения адгезии несколько снижаются (см. табл. 1), но тенденция сохраняется. Результаты изменения прочности клеевого соединения в зависимости от условий применения клеевых составов в соответствии с [5] позволяют отнести данные клеевые составы только к классу С0.

Силиконовый модификатор Silres вводят в клеевые композиции для повышения их стойкости к высолообразованию. В его присутствии (состав 6) клеевой состав характеризуется высокими значениями адгезии к поверхности бетона, однако состав менее устойчив к сползанию плитки. Кроме того, прочность плиточного клея (образцы 40х40х160 мм твердели 28 сут. в воздушно-влажных условиях) как при изгибе, так и при сжатии на 20% ниже прочности бездобавочного состава (см. рис. 1). Поэтому данный модификатор не следует использовать в рецептуре клеевых составов.

Результаты испытаний клеевых составов с редиспергируемым полимерным порошком и модификатором Мета­Микс показывают (см. табл. 1 и рис. 1, 2), что составы 4 и 5 более экономичные по сравнению с контрольным (состав 2), мало уступают ему по адгезии к поверхности бетона. Чем большая часть РПП заменена минеральным модификатором, тем больше уменьшается адгезия после теплового старения, но при этом растет адгезия после водного хранения. Прочности при сжатии и при изгибе довольно близки для составов 2, 4 и 5.

Полученные результаты показывают хорошую совместную работу комплексного модификатора МетаМикс с редиспергируемым полимерным порошком, что позволяет снизать себестоимость рецептур за счет частичной замены РПП на комплексный модификатор МетаМикс Антивысол.

Таблица 3. Свойства клеевых составов 7-10

Свойства	Ед. изм.	Составы
		7	8	9	10
Насыпная плотность	кг/м3	1448	1451	1435	1422
Плотность готового раствора	кг/м3	1540	1552	1483	1473
Водопотребность	г/кг	230	230	230	230
Открытое время, 5 мин.	%	95	95	95	95
Открытое время, 10 мин.	%	95	95	90	90
Открытое время, 15 мин.	%	90	85	80	90
Открытое время, 20 мин.	%	50	45	50	50
Адгезия к бетону, открытое время 5 мин. через адгезию, 7 сут.	МПа	1,04	1,50	1,36	1,30
Адгезия к бетону, открытое время 20 мин. через адгезию, 7 сут.	МПа	0,30	0,81	1,28	1,00
Устойчивость к сползанию	Г	600	600	600	600
Определение поперечной деформации	мм	3,38	2,98	2,03	3,30

На втором этапе изучали совместное влияние редиспергируемого полимерного порошка и волокнистого наполнителя (полипропиленового волокна) на свойства плиточных клеев (табл. 1, составы 7-10). Изучали свойства клеевых составов при снижении содержания как редиспергируемого полимерного порошка, так и волокнистого наполнителя. Свойства изученных составов представлены в табл. 3 и на рис. 3-5.

Следует отметить, что все клеевые композиции отличаются высокими прочностными показателями. Наибольшей прочностью в возрасте 28 сут. (7 МПа при изгибе и 18,5 МПа при сжатии) характеризуется состав 10, модифицированный 1% РПП, 1,5% МетаМикс и 0,1% волокнистого наполнителя. Введение волокна существенно увеличивает адгезию клеевого состава к поверхности основания. Значения прочности клеевого соединения после выдерживания в водной среде и при высоких температурах для составов 8 и 10 превышают 0,5 МПа, что позволяет отнести данные клеевые смеси к классу С1.

Важной характеристикой клеев является эластичность состава. Поэтому определяли поперечную деформацию (прогиб пластин) под действием нагрузки на приборе Zwick Roell Z010 (рис. 5).

Результаты испытаний показали, что прогиб для состава 7 составил 3,38 мм, для состава 8 – 2,98 мм, для состава 9 – 2,03 мм, а для состава 10 – 3,30 мм. Поэтому по эластичности плиточные клеи составов 7, 8 и 10 можно отнести по классу S1, так как они способны выдерживать нагрузку при прогибе основания от 2,5 до 5 мм [5, 6]. Состав 9 не соответствует требованиям данного стандарта по эластичности клеевых смесей (способность к деформации менее 2,5 мм).

Таким образом, проведенные исследования влияния минеральных и полимерных добавок на свойства плиточного клея позволили разработать составы (рецептуры) клеев, обладающие высокими значениями адгезии клеевого соединения к поверхности основания, поперечной деформации и прочности при сжатии и растяжении. В зависимости от требуемых условий эксплуатации для получения клеевых смесей классов С0, С1 и S1 следует варьировать соотношение между редиспергируемым полимерным порошком, волокнистым наполнителем и минеральной добавкой МетаМикс.

Библиографический список

1. Пустовгар А., Бутылина Ю. Контроль качества плиточных клеев, гармонизация с европейскими нормами // Технологии строительства, № 3(44), 2006, с. 24-26.

2. Василик П.Г., Голубев И.В. Применение волокон в сухих строительных смесях // Строительные материалы, № 9, 2002, с. 26-28.

3. Василик П.Г., Голубев И.В., Глушков А.А., Назаров Д.В. Готовимся к новому ГОСТу по плиточным клеям. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://chem.eurohim.ru/catalog/DryMortarAdditives/ ­articles/art55.html

4. Кириллова Д.И., Манушина А.С., Ахметжанов А.М., Урбанов А.В., Потапова Е.Н. Влияние полимерного волокна на свойства плиточного клея // Успехи в химии и химической технологии, № 7 (166), т. 29, 2015, с. 38-40.

5. ГОСТ Р 56387-2015. Смеси сухие клеевые на цементном вяжущем. Технические условия. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2015. – 29 с.

6. Клеи для керамических плиток. Требования, оценка соответствия, классификация и обозначение. Mortel und Klebstoffe fur Fliesen und Platten. Anforderungen, Konformitatsbewertung, Klassifizierung und Bezeichnung. Deutsche Fassung EN 12004:2007. Официальный перевод – ФГУП «Стандартинформ». Номер регистрации: 6281/DIN EN. Дата регистрации: 31.07.2012.